Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
В описанных опытах с движением магнита менялся магнитный поток, пронизывающий неподвижную катушку. Но такое же изменение магнитного потока можно получить и без движения магнита. Достаточно поместить катушку в переменное магнитное поле. Последнее можно подобрать так, чтобы в месте нахождения катушки оно в точности совпадало с магнитным полем движущегося магнита. От такой замены объективные физические условия, в которых находится катушка, не изменятся. Поэтому естественно ожидать, что не изменится и индукционный ток, возбуждаемый в катушке. Опыт подтверждает и это заключение. Возьмем две неподвижные катушки, одна из которых помещена внутри другой. Если через одну из катушек пропускать переменный ток, то в другой катушке появляется индукционный электрический ток. Таким образом, для возбуждения индукционного тока существенно изменение магнитного потока через контур проводника, а не способ, каким это изменение достигается.
268
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
[ГЛ. ш
Вот другая демонстрация, подтверждающая это заключение. На подковообразный магнит надевается проволочная катушка, соединенная с гальванометром (рис. 170). Если полюсы магнита
замкнуть железным якорем, то изменится магнитный поток через катушку. В ней возникает индукционный ток, и стрелка гальванометра отклоняется При удалении якоря магнитный поток меняется в обратном направлении. В результате меняется направление индукционного тока, а с ним отклонение стрелки гальванометра.
Таким образом, всякий раз, когда Рис. 170. меняется магнитный поток, пронизы-
вающий контур неподвижного или движущегося замкнутого провода, в проводе возникает индукционный ток, причем во всех случаях электродвижущая сила индукции определяется формулой (64.1).
§ G5. Правило Ленца
1. Формула (64.1) определяет не только величину, но и направ-
ление индукционного тока. Действительно, возьмем в магнитном поле замкнутый проволочный виток, положительное направление обхода которого составляет с направлением поля правовинтовую систему (па рис. 171 магнитное поле. направлено к читателю). Допустим, что магнитный поток Ф возрастает. Тогда, согласно формуле (64.1), величина будет отрицательна, а потому индукционный ток в витке потечет в отрица-
Рис. 171. тельном направлении. Такой ток, ослабляя
внешнее магнитное поле, будет препятствовать возрастанию магнитного потока. Пусть теперь магнитный поток Ф убывает. Тогда величина ё°инд станет положительной, а индукционный ток в витке потечет в положительном направлении и будет препятствовать убыванию магнитного поля и магнит-
ного потока. Таким образом, индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток. Это правило впервые было сформулировано Ленцем (1804—1865) и косит его имя. Ле Шателье (1850—1936), а затем Браун (1850—1918) обобщили правило Ленца и распространили его на все физические явления (см. т. II, § 51).
2. Подвесим над проволочной катушкой прямой магнит NS, уравновешенный грузом на неподвижном блоке (рис. 172). В цепь катушки включим гальванометр. Быстро вдвинем магнит в ка-
ПРАВИЛО ЛЕНЦА
269
тушку — появится индукционный ток, и гальванометр даст отброс. Заметив направление отклонения стрелки гальзанометра, переключим. катушку с гальванометром на батарею. (Во избежание порчи гальванометра его надо шунтировать, так как батарея даст значительно более сильный ток, чем ток индукции.) Пусть переключение выполнено так, что ток от батареи отклоняет стрелку гальванометра в ту же сторону, что и ток индукции, т. е. оба тока направлены одинаково. Опыт показывает, что в этом случае ток от батареи выталкивает магнит из катушки, как и должно быть согласно правилу Ленца. Если же ток от батареи направлен противоположно току индукции, то, в согласии с тем же правилом, магнит втягивается в катушку. Аналогичные явления наблюдаются при выдвигании магнита.
Возьмем горизонтальную катушку с сердечником, состоящим из многих железных прутьев. Через центр катушки проходит гладко отполированный и закрепленный горизонтально железный стержень, длина которого (~1 м) примерно в три раза больше длины катушки. На стержень наденем легкое алюминиевое кольцо, диаметр которого немного больше диаметра стержня, так что оно может свободно перемещаться по стержню. Если замкнуть ток в катушке, то в кольце возникнет индукционный ток противоположного направления, и кольцо оттолкнется от катушки. При надлежаще подобранной силе тока кольцо отлетит почти до самого конца стержня. При размыкании цени индукционный ток будет противоположного направления и вернет кольцо почти в исходное положение. Вместо кольца можно взять короткую катушку, бифи-лярно подвешенную на длинных нитях.
Опыт выглядит значительно эффектнее, если воспользоваться переменным током от городской сети, как это сделал Элиу Томсон (1853—1937). Катушка с сердечником ставится теперь вертикально. На железный сердечник надевается широкое толстое алюминиевое кольцо. (Алюминий берется потому, что он легким и имеет малое удельное сопротивление.) В катушку посылается переменный ток от городской сети, возбуждающий в кольце индукционный ток противоположного направления. Эти токи отталкиваются. Сила отталкивания не постоянна, а периодически колеб-
